RU2808296C1 - Method for preparing prefabricated defects in form of cracks in additive manufacturing of metal parts and prefabricated part manufactured by this method - Google Patents
Method for preparing prefabricated defects in form of cracks in additive manufacturing of metal parts and prefabricated part manufactured by this method Download PDFInfo
- Publication number
- RU2808296C1 RU2808296C1 RU2022127338A RU2022127338A RU2808296C1 RU 2808296 C1 RU2808296 C1 RU 2808296C1 RU 2022127338 A RU2022127338 A RU 2022127338A RU 2022127338 A RU2022127338 A RU 2022127338A RU 2808296 C1 RU2808296 C1 RU 2808296C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- defect
- defects
- zone
- powder
- cracks
- Prior art date
Links
- 230000007547 defect Effects 0.000 title claims abstract description 442
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 94
- 239000000654 additive Substances 0.000 title claims abstract description 33
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 title claims abstract description 33
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 33
- 239000002184 metal Substances 0.000 title claims description 18
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 title claims description 18
- 239000000843 powder Substances 0.000 claims abstract description 149
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims abstract description 96
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 25
- 238000007639 printing Methods 0.000 claims abstract description 22
- 238000000151 deposition Methods 0.000 claims abstract description 17
- 230000008018 melting Effects 0.000 claims abstract description 17
- 238000002844 melting Methods 0.000 claims abstract description 17
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 42
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 41
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 20
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 12
- 230000007423 decrease Effects 0.000 claims description 7
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 7
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims description 4
- 238000003754 machining Methods 0.000 claims description 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 230000008569 process Effects 0.000 description 21
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 15
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 12
- 230000008021 deposition Effects 0.000 description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 5
- 238000009659 non-destructive testing Methods 0.000 description 5
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 5
- 230000008439 repair process Effects 0.000 description 5
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 4
- 238000000889 atomisation Methods 0.000 description 4
- 238000005242 forging Methods 0.000 description 4
- 230000004927 fusion Effects 0.000 description 4
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 4
- 238000011160 research Methods 0.000 description 4
- 238000007711 solidification Methods 0.000 description 4
- 230000008023 solidification Effects 0.000 description 4
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 3
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 3
- 230000000704 physical effect Effects 0.000 description 3
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 3
- 238000004381 surface treatment Methods 0.000 description 3
- 238000010146 3D printing Methods 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052729 chemical element Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 2
- 238000009661 fatigue test Methods 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 2
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 2
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 2
- 238000000638 solvent extraction Methods 0.000 description 2
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 description 2
- 235000013619 trace mineral Nutrition 0.000 description 2
- 239000011573 trace mineral Substances 0.000 description 2
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 2
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 1
- 230000015556 catabolic process Effects 0.000 description 1
- 230000000593 degrading effect Effects 0.000 description 1
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 description 1
- 229910000856 hastalloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 238000007493 shaping process Methods 0.000 description 1
- 238000007873 sieving Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000012798 spherical particle Substances 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕFIELD OF TECHNOLOGY TO WHICH THE INVENTION RELATES
Изобретение относится к области аддитивного производства и, в частности, к способам подготовки заранее изготовленных дефектов в виде трещин и встроенных дефектов в виде трещин, и их заранее изготовленным деталям.The invention relates to the field of additive manufacturing and, in particular, to methods for preparing prefabricated crack defects and embedded crack defects, and prefabricated parts thereof.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИBACKGROUND OF THE ART
Технология аддитивного производства (AM) общеизвестна как технология 3D печати (трехмерной печати). В настоящее время, аддитивное производство металлических изделий получает все большее и большее развитие и широко применяется в аэрокосмической области, производстве медицинского оборудования, автомобильной промышленности, ядерной энергетике и т.д. Среди них, метод осаждения лазерным плавлением (LMD) на основе синхронной подачи порошка является популярной технологией аддитивного производства, где порошок транспортируется газом-носителем для слипания в сферический порошок, высокоэнергичные лазерные пучки используются для плавления металлического порошка, который одновременно транспортируется и слипается, образуя движущиеся ванны расплавленного металла в неустойчивом состоянии, малые ванны расплава быстро отвердевают вследствие большого температурного градиента, послойно плавится и накапливается и, наконец, формируется в виде твердой детали. Эта технология обычно применяется при быстром формировании больших и сложных металлоконструкций аэрокосмической и военной техники с низкой стоимостью и коротким циклом или быстром восстановлении компонентов с высокой добавленной стоимостью, например, системы монтажной секции авиадвигателя, платформы задней секции, облопаченного диска, лопаток турбины и других деталей.Additive manufacturing (AM) technology is commonly known as 3D printing (three-dimensional printing) technology. Nowadays, additive manufacturing of metal products is becoming more and more developed and widely applied in aerospace, medical equipment, automotive, nuclear power, etc. Among them, laser melting deposition (LMD) method based on synchronous powder feeding is a popular additive manufacturing technology, where the powder is transported by a carrier gas to coalesce into a spherical powder, high-energy laser beams are used to melt the metal powder, which is simultaneously transported and coalesced to form moving pools of molten metal in an unstable state, small pools of melt quickly solidify due to a large temperature gradient, melt and accumulate layer by layer and finally form into a solid part. This technology is typically used in the rapid formation of large and complex aerospace and military metal structures with low cost and short cycle times, or the rapid remanufacturing of high value-added components such as aircraft engine mounting section system, rear section platform, bladed disk, turbine blades and other parts.
Процесс формирования/восстановления металла путем осаждения лазерным плавлением на основе синхронной подачи порошка предусматривает соединение нескольких полей, например, поля температур и поля напряжений, что является сложным процессом неравновесного отвердевание с большим количеством факторов неустойчивости. Избежать возникновения дефектов разных видов и размеров не удается, и обычно можно обнаружить поры, трещины и непровар. Вследствие анизотропных структуры и характеристик изделия аддитивного производства и отличий от изделий, полученных традиционными методами литья, ковки, сварки и другими, генерируемые дефекты также различаются. Традиционные способы обнаружения и оценивания дефектов в основном не пригодны для аддитивного производства. Таким образом, подготовка стандартной детали аддитивного производства с дефектами, образца дефекта или части дефекта позволяет не только подготавливаться к точному неразрушающему испытанию дефектов, но и точно осуществлять качественное и количественное исследование на дефектах, генерируемых в аддитивном производстве, точно моделируя влияние дефектов разных типов или размеров на механические свойства деталей, полученных формированием/восстановлением при аддитивном производстве металлических изделий, для дополнительного изучения и подтверждения влияния дефектов нанадежность деталей аддитивного производства, что имеет большое значение для применения деталей аддитивного производства в аэрокосмической и других областях.The process of metal formation/recovery by laser melting deposition based on synchronous powder supply involves the combination of several fields, for example, a temperature field and a stress field, which is a complex non-equilibrium solidification process with a large number of instability factors. It is not possible to avoid the occurrence of defects of various types and sizes, and pores, cracks and lack of fusion can usually be detected. Due to the anisotropic structure and characteristics of an additively manufactured product and differences from products produced by traditional methods of casting, forging, welding and others, the generated defects also differ. Traditional defect detection and evaluation methods are generally not suitable for additive manufacturing. Thus, preparing a standard additive manufacturing part with defects, a defect sample, or a defect part allows not only to prepare for accurate non-destructive testing of defects, but also to accurately carry out qualitative and quantitative research on defects generated in additive manufacturing, accurately simulating the effect of defects of different types or sizes on the mechanical properties of parts obtained by forming/restoring in the additive manufacturing of metal products, to further study and confirm the influence of defects and the reliability of additive manufacturing parts, which is of great importance for the application of additive manufacturing parts in aerospace and other fields.
Дефект в виде трещин представляет собой трещину, возникающую вследствие разрушения атомной связи и формирования трещины на новой границе раздела в материале. Обычно дефекты в виде трещин на поверхности компонентов легко обнаруживать и наблюдать. Однако, что касается дефектов в виде трещин внутри компонентов, вследствие эффекта концентрации напряжений на оконечности трещины, трещина будет зарождаться и распространяться, значительно ухудшая механические характеристики материала и оказывая негативное влияние на срок службы детали. Для подготовки металлического изделия со встроенными дефектами в виде трещин, в настоящее время известно три способа. Первый состоит в использовании аппарата усталостных испытаний для осуществления усталостных испытаний для формирования дефектов в виде трещин определенного размера. Второй состоит в разрезании трещин плазменным или другим высокоэнергичным пучком с последующим их свариванием. Третий предусматривает использование избирательного лазерного плавления (SLM) непосредственно для 3D печати дефектов в виде трещин с предполагаемыми контуром и размером и непосредственно формирования изделия с особенностью дефекта в виде трещин внутри. Изделие с дефектами в виде трещин, подготовленное первым и вторым способами, обуславливает различные степени повреждения структуры и характеристики изделия. Изделие с дефектами в виде трещин, подготовленное третьим способом, не только нарушает непрерывность структуры, но и вероятно может приводить к тому, что порошок с диаметром частицы десятки микрон будет оставаться в трещине, если ширина трещины относительно велика, или трещина вероятно заполнена расплавленным металлом граничного контура, если ширина трещины относительно мала и трещины не может сформироваться. Три вышеупомянутых способа не позволяют точно моделировать особенности дефектов в виде трещин, генерируемых в процессе отвердевания изделия, не позволяют точно представлять особенности структуры дефектов в виде трещин и не позволяют точно и эффективно оценивать соотношение между дефектами и механическими свойствами.A crack defect is a crack that occurs due to the breakdown of an atomic bond and the formation of a crack at a new interface in the material. Typically, defects in the form of cracks on the surface of components are easy to detect and observe. However, for crack defects inside components, due to the stress concentration effect at the tip of the crack, the crack will initiate and propagate, significantly degrading the mechanical performance of the material and negatively affecting the service life of the part. To prepare a metal product with built-in defects in the form of cracks, three methods are currently known. The first is to use a fatigue testing apparatus to carry out fatigue testing to form defects in the form of cracks of a certain size. The second consists of cutting cracks with a plasma or other high-energy beam and then welding them. The third involves the use of selective laser melting (SLM) directly to 3D print defects in the form of cracks with the expected contour and size and directly form a product with the feature of a defect in the form of cracks inside. A product with defects in the form of cracks, prepared by the first and second methods, causes different degrees of damage to the structure and characteristics of the product. A product with defects in the form of cracks prepared by the third method not only breaks the continuity of the structure, but can also likely cause powder with a particle diameter of tens of microns to remain in the crack if the width of the crack is relatively large, or the crack is likely filled with molten metal of the boundary contour if the width of the crack is relatively small and the crack cannot form. The above three methods do not accurately model the features of crack defects generated during the solidification process of a product, do not accurately represent the structural features of crack defects, and do not allow an accurate and efficient assessment of the relationship between defects and mechanical properties.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION
Одной задачей настоящего изобретения является обеспечение способа подготовки заранее изготовленных дефектов в виде трещин, позволяющего эффективно управлять позицией и долей дефектов генерируемый в заранее изготовленной детали. One object of the present invention is to provide a method for preparing prefabricated crack defects to effectively control the position and proportion of defects generated in a prefabricated part.
Еще одной задачей настоящего изобретения является обеспечение способа подготовки заранее изготовленной детали со встроенными дефектами в виде трещин, позволяющего эффективно оценивать соотношение между дефектами в виде трещин внутри заранее изготовленной детали и механическими характеристиками заранее изготовленной детали. It is yet another object of the present invention to provide a method for preparing a prefabricated part with embedded crack defects to effectively evaluate the relationship between the crack defects within the prefabricated part and the mechanical performance of the prefabricated part.
Еще одной задачей настоящего изобретения является обеспечение заранее изготовленной детали со встроенными дефектами в виде трещин, где заранее изготовленная деталь подготавливается вышеупомянутым способом.It is yet another object of the present invention to provide a prefabricated part with embedded crack defects, where the prefabricated part is prepared by the above-mentioned method.
Еще одной задачей настоящего изобретения является обеспечение способа подготовки восстановленной детали со встроенными дефектами в виде трещин, позволяющего эффективно оценивать соотношение между дефектами в виде трещин внутри восстановленной детали и механическими характеристиками восстановленной детали.It is yet another object of the present invention to provide a method for preparing a remanufactured part with embedded crack defects to effectively evaluate the relationship between the crack defects within the remanufactured part and the mechanical performance of the remanufactured part.
Для решения вышеупомянутой задачи, способ подготовки заранее изготовленных дефектов в виде трещин содержит:To solve the above problem, a method for preparing prefabricated defects in the form of cracks contains:
задание зоны дефектов,setting the defect zone,
задание объемного процента дефектов в виде трещин в зоне дефектов,setting the volume percentage of defects in the form of cracks in the defect zone,
регулировку доли сферического порошка, доли пустотелого порошка и параметров процесса подготовки дефекта согласно объемному проценту дефектов в виде трещин,adjusting the proportion of spherical powder, the proportion of hollow powder and the parameters of the defect preparation process according to the volume percentage of defects in the form of cracks,
на основе метода осаждения лазерным плавлением, послойную печать зоны дефектов с использованием порошка подготовки дефекта и параметров процесса подготовки дефекта,based on the laser melting deposition method, layer-by-layer printing of the defect zone using defect preparation powder and defect preparation process parameters,
где размер частицы порошка подготовки дефекта составляет от 45 мкм до 150 мкм, доля сферического порошка ≥93% и доля пустотелого порошка <0,5%,where the particle size of the defect preparation powder is from 45 µm to 150 µm, the proportion of spherical powder is ≥93% and the proportion of hollow powder is <0.5%,
параметры процесса подготовки дефекта содержат: мощность лазера 450 Вт - 550 Вт, скорость сканирования 600 мм/мин - 1200 мм/мин, скорость подачи порошка 4 г/мин - 12 г/мин, диаметр пятна 1 мм - 1,2 мм, шаг сканирования 0,5 мм - 0,8 мм и толщину слоя 0,08 мм - 0,2 мм.The defect preparation process parameters contain: laser power 450 W - 550 W, scanning speed 600 mm/min - 1200 mm/min, powder feed rate 4 g/min - 12 g/min,
В одном или более вариантах осуществления, способ подготовки заранее изготовленных дефектов в виде трещин содержит:In one or more embodiments, a method for preparing prefabricated crack defects comprises:
управление объемным процентом дефектов в виде трещин в зоне дефектов путем регулировки отношения мощности P лазера к скорости v сканирования,control of the volume percentage of defects in the form of cracks in the defect zone by adjusting the ratio of laser power P to scanning speed v,
причем, когда отношение P/v снижается, объемный процент дефектов в виде трещин в зоне дефектов увеличивается.Moreover, when the P/v ratio decreases, the volume percentage of defects in the form of cracks in the defect zone increases.
Для решения другой вышеупомянутой задачи, способ подготовки заранее изготовленной детали со встроенными дефектами в виде трещин, на основе метода осаждения лазерным плавлением, содержит:To solve another problem mentioned above, a method for preparing a prefabricated part with built-in defects in the form of cracks, based on a laser melting deposition method, contains:
получение 3D модели заранее изготовленной детали,obtaining a 3D model of a pre-fabricated part,
разделение заранее изготовленной детали на по меньшей мере одну зону дефектов и одну зону формирования, причем зона дефектов предусмотрена внутри заранее изготовленной детали,dividing the prefabricated part into at least one defect zone and one forming zone, wherein the defect zone is provided within the prefabricated part,
задание объемного процента встроенных дефектов в виде трещин в зоне дефектов,setting the volume percentage of built-in defects in the form of cracks in the defect zone,
регулировку доли сферического порошка, доли пустотелого порошка и параметров процесса подготовки дефекта согласно объемному проценту дефектов в виде трещин,adjusting the proportion of spherical powder, the proportion of hollow powder and the parameters of the defect preparation process according to the volume percentage of defects in the form of cracks,
послойную печать заранее изготовленной детали со встроенными дефектами в виде трещин, где порошок подготовки дефекта и параметры процесса подготовки дефекта используются для печати конкретных слоев относительно зоны дефектов,layer-by-layer printing of a prefabricated part with embedded crack defects, where the defect preparation powder and defect preparation process parameters are used to print specific layers relative to the defect area,
где размер частицы порошка подготовки дефекта составляет от 45 мкм до 150 мкм, где доля сферического порошка ≥93% и доля пустотелого порошка <0,5%,where the particle size of the defect preparation powder is from 45 µm to 150 µm, where the proportion of spherical powder is ≥93% and the proportion of hollow powder is <0.5%,
параметры процесса подготовки дефекта содержат: мощность лазера 450 Вт - 550 Вт, скорость сканирования 600 мм/мин - 1200 мм/мин, скорость подачи порошка 4 г/мин - 12 г/мин, диаметр пятна 1 мм - 1,2 мм, шаг сканирования 0,5 мм - 0,8 мм и толщину слоя 0,08 мм - 0,2 мм.The defect preparation process parameters contain: laser power 450 W - 550 W, scanning speed 600 mm/min - 1200 mm/min, powder feed rate 4 g/min - 12 g/min,
В одном или более вариантах осуществления, 3D модель заранее изготовленной детали разделяется на множество зон дефектов и зону формирования, где доля сферического порошка, доля пустотелого порошка и параметры процесса подготовки дефекта устанавливаются отдельно для каждой зоны дефектов.In one or more embodiments, the 3D model of a prefabricated part is divided into a plurality of defect zones and a forming zone, where the proportion of spherical powder, the proportion of hollow powder, and defect preparation process parameters are set separately for each defect zone.
В одном или более вариантах осуществления, способ подготовки заранее изготовленной детали со встроенными дефектами в виде трещин содержит: управление объемным процентом дефектов в виде трещин в зоне дефектов путем регулировки отношения мощности P лазера к скорости v сканирования,In one or more embodiments, a method of preparing a prefabricated part with embedded crack defects comprises: controlling the volume percentage of crack defects in a defect zone by adjusting the ratio of laser power P to scanning speed v,
причем, когда отношение P/v снижается, объемный процент дефектов в виде трещин в зоне дефектов увеличивается.Moreover, when the P/v ratio decreases, the volume percentage of defects in the form of cracks in the defect zone increases.
В одном или более вариантах осуществления, способ подготовки заранее изготовленной детали со встроенными дефектами в виде трещин дополнительно содержит:In one or more embodiments, the method of preparing a prefabricated part with embedded crack defects further comprises:
обработку 3D моделей зоны дефектов и зоны формирования, где обработка модели содержит: processing of 3D models of the defect zone and formation zone, where the model processing contains:
обработку добавления допуска, processing of adding a tolerance,
обработку разделения слоев и резания и layer separation and cutting processing and
обработку планирования путей.path planning processing.
В одном или более вариантах осуществления, способ подготовки заранее изготовленной детали со встроенными дефектами в виде трещин дополнительно содержит:In one or more embodiments, the method of preparing a prefabricated part with embedded crack defects further comprises:
термообработку отпечатанной заранее изготовленной детали,heat treatment of the printed pre-fabricated part,
удаление отпечатанной заранее изготовленной детали с подложек иremoving the printed prefabricated part from the substrates and
поверхностную обработку отпечатанной заранее изготовленной детали.surface treatment of a printed prefabricated part.
Для решения другой вышеупомянутой задачи, заранее изготовленная деталь со встроенными дефектами в виде трещин подготавливается вышеупомянутым способом.To solve another problem mentioned above, a prefabricated part with built-in defects in the form of cracks is prepared in the above-mentioned manner.
Для решения другой вышеупомянутой задачи, способ подготовки восстановленной детали со встроенными дефектами в виде трещин, на основе метода осаждения лазерным плавлением, причем восстановленная деталь содержит тело детали и зону восстановления, причем зона восстановления используется для восстановления дефекта или повреждения тела детали, причем способ содержит: To solve another aforementioned problem, a method for preparing a repaired part with embedded defects in the form of cracks, based on a laser melting deposition method, wherein the restored part comprises a part body and a restoration zone, wherein the restoration zone is used to repair the defect or damage to the part body, wherein the method comprises:
получение 3D модели тела детали и зоны восстановления соответственно,obtaining a 3D model of the part body and restoration zone, respectively,
получение тела детали,receiving the body of the part,
разделение 3D модели зоны восстановления на по меньшей мере одну зону дефектов и одну зону формирования, где зона дефектов обеспечивается внутри восстановленной детали после восстановления,dividing the 3D model of the restoration zone into at least one defect zone and one formation zone, where the defect zone is provided inside the restored part after restoration,
задание объемного процента встроенных дефектов в виде трещин в зоне дефектов,setting the volume percentage of built-in defects in the form of cracks in the defect zone,
регулировку доли сферического порошка, доли пустотелого порошка и параметров процесса подготовки дефекта согласно объемному проценту дефектов в виде трещин,adjusting the proportion of spherical powder, the proportion of hollow powder and the parameters of the defect preparation process according to the volume percentage of defects in the form of cracks,
послойную печать зоны восстановления на дефекте тела детали, где порошок подготовки дефекта и параметры процесса подготовки дефекта используются для печати конкретных слоев относительно зоны дефектов,layer-by-layer printing of a restoration zone on a defect in the body of a part, where defect preparation powder and defect preparation process parameters are used to print specific layers relative to the defect zone,
где размер частицы порошка подготовки дефекта составляет от 45 мкм до 150 мкм, где доля сферического порошка ≥93% и доля пустотелого порошка <0,5%,where the particle size of the defect preparation powder is from 45 µm to 150 µm, where the proportion of spherical powder is ≥93% and the proportion of hollow powder is <0.5%,
параметры процесса подготовки дефекта содержат: мощность лазера 450 Вт - 550 Вт, скорость сканирования 600 мм/мин - 1200 мм/мин, скорость подачи порошка 4 г/мин - 12 г/мин, диаметр пятна 1 мм - 1,2 мм, шаг сканирования 0,5 мм - 0,8 мм и толщину слоя 0,08 мм - 0,2 мм.The defect preparation process parameters contain: laser power 450 W - 550 W, scanning speed 600 mm/min - 1200 mm/min, powder feed rate 4 g/min - 12 g/min,
В одном или более вариантах осуществления, способ подготовки восстановленной детали со встроенными дефектами в виде трещин содержит:In one or more embodiments, a method for preparing a remanufactured part with embedded crack defects comprises:
управление объемным процентом дефектов в виде трещин в зоне дефектов путем регулировки отношения мощности P лазера к скорости v сканирования,control of the volume percentage of defects in the form of cracks in the defect zone by adjusting the ratio of laser power P to scanning speed v,
причем, когда отношение P/v снижается, объемный процент дефектов в виде трещин в зоне дефектов увеличивается.Moreover, when the P/v ratio decreases, the volume percentage of defects in the form of cracks in the defect zone increases.
В одном или более вариантах осуществления, дефект тела детали включает в себя дефекты литья, дефекты механической обработки или эксплуатационные дефекты, и способ дополнительно содержит:In one or more embodiments, the part body defect includes casting defects, machining defects, or performance defects, and the method further comprises:
прорезание законченной детали для получения тела детали.cutting through a finished part to produce the body of the part.
В одном или более вариантах осуществления, способ подготовки восстановленной детали со встроенными дефектами в виде трещин дополнительно содержит:In one or more embodiments, the method of preparing a remanufactured part with embedded crack defects further comprises:
обработку 3D моделей зоны дефектов и зоны формирования зоны восстановления, где обработка модели содержит: processing of 3D models of the defect zone and the formation zone of the restoration zone, where the model processing contains:
обработка добавления допуска, processing adding tolerance,
обработку разделения слоев и резания и layer separation and cutting processing and
обработка планирования путей.path planning processing.
В одном или более вариантах осуществления, способ подготовки восстановленной детали со встроенными дефектами в виде трещин дополнительно содержит:In one or more embodiments, the method of preparing a remanufactured part with embedded crack defects further comprises:
термообработку отпечатанной восстановленной детали иheat treatment of the printed restored part and
поверхностную обработку отпечатанной восстановленной детали.surface treatment of the printed restored part.
Преимущества изобретения состоят в том, что: имитация дефектов в виде трещин внутри восстановленной детали со встроенными дефектами в виде трещин достигается согласно вышеупомянутому варианту осуществления, что позволяет получить восстановленную деталь с естественно генерируемыми дефектами в виде трещин, чтобы дополнительно анализировать соотношение между встроенными дефектами в виде трещин и надежностью восстановленной детали, подготовленной посредством аддитивного производства, обеспечивая сильную теоретическую поддержку для применения формирования металлического аддитивного производства, которая имеет широкую перспективу исследования и применения.The advantages of the invention are that: simulating crack defects inside a remanufactured part with embedded crack defects is achieved according to the above-mentioned embodiment, which makes it possible to obtain a remanufactured part with naturally generated crack defects to further analyze the relationship between the embedded crack defects cracks and reliability of the remanufactured part prepared by additive manufacturing, providing strong theoretical support for the application of metal additive manufacturing forming, which has a broad research and application perspective.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS
Конкретные особенности и осуществление настоящего изобретения дополнительно описаны в нижеследующих вариантах осуществления и чертежах.Specific features and implementation of the present invention are further described in the following embodiments and drawings.
Фиг.1 - схематический вид заранее изготовленной детали со встроенными дефектами в виде трещин в одном варианте осуществления.FIG. 1 is a schematic view of a prefabricated part with embedded crack defects in one embodiment.
Фиг.2 - схематический вид поперечного сечения заранее изготовленной детали, включающей в себя зону дефектов и зону формирования.FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a prefabricated part including a defect area and a forming area.
Фиг.3 - блок-схема операций способа подготовки заранее изготовленной детали, показанной на фиг.1.FIG. 3 is a flowchart of a method for preparing the prefabricated part shown in FIG. 1.
Фиг.4 - отполированная металлографическая морфология дефектов в виде трещин на заранее изготовленной детали, подготовленной в одном варианте осуществления.FIG. 4 is a polished metallographic morphology of crack defects on a prefabricated part prepared in one embodiment.
Фиг.5 - схематический вид поперечного сечения зоны дефектов восстановленной детали со встроенными дефектами в виде трещин в другом варианте осуществления.FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of a defect area of a remanufactured part with embedded crack defects in another embodiment.
Фиг.6 - схематический вид поперечного сечения зоны восстановления.FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of the recovery zone.
фиг.7 - блок-схема операций способа подготовки восстановленной детали, показанной на фиг.5.FIG. 7 is a flowchart of the method for preparing the remanufactured part shown in FIG. 5.
Фиг.8 - отполированная металлографическая морфология дефектов в виде трещин на заранее изготовленной детали, подготовленной в другом варианте осуществления.FIG. 8 is a polished metallographic morphology of crack defects on a prefabricated part prepared in another embodiment.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Ниже раскрыты разнообразные варианты осуществления для реализации данного технического решения. Для упрощения раскрытия, ниже описаны конкретные примеры каждого элемента и компоновки. Конечно, эти варианты осуществления являются исключительно иллюстративными и не призваны ограничивать объем защиты настоящей заявки. Например, первая особенность, описанная ниже в описании изобретения, формируется над или на второй особенности, и возможен вариант осуществления, в котором первая и вторая особенности формируются прямым соединением, или возможен вариант осуществления, в котором между первой и второй особенностями формируются дополнительные особенности, из-за чего первая и вторая особенности могут не соединяться напрямую. Кроме того, ссылочные позиции и/или буквы могут повторяться в различных вариантах осуществления изобретения. Повторяющиеся ссылочные позиции и/или буквы служат для краткости и ясности и не указывают взаимосвязь между различными рассматриваемыми вариантами осуществления и/или структурами. Дополнительно, когда первый элемент описан как соединенный или объединенный со вторым элементом, описание содержит вариант осуществления, в котором первый и второй элементы напрямую соединены или объединены друг с другом, и также содержит использование одного или более других промежуточных элементов, подлежащих добавлению, поэтому первый и второй элементы соединены или объединены друг с другом опосредованно. Various embodiments for implementing this technical solution are disclosed below. To simplify the disclosure, specific examples of each element and arrangement are described below. Of course, these embodiments are illustrative only and are not intended to limit the scope of the present application. For example, the first feature described below in the specification is formed above or on the second feature, and an embodiment is possible in which the first and second features are formed by direct connection, or an embodiment is possible in which additional features are formed between the first and second features, from -why the first and second features may not be directly connected. In addition, reference numerals and/or letters may be repeated in various embodiments of the invention. Repeated reference numerals and/or letters are for brevity and clarity and do not indicate the relationship between the various embodiments and/or structures contemplated. Additionally, when the first element is described as being connected or combined with a second element, the description includes an embodiment in which the first and second elements are directly connected or combined with each other, and also includes the use of one or more other intermediate elements to be added, therefore the first and the second elements are connected or combined with each other indirectly.
Следует отметить, что слова "вверх", "вниз", "левый", "правый", "передний", "задний", "верхний", "нижний", "положительный", "отрицательный", "по часовой стрелке" и "против часовой стрелки" в нижеследующем описании используются только по соображениям удобства, и не предполагают никакого конкретного фиксированного направления. Фактически, они используются для выражения относительной позиции и/или ориентации между различными деталями объекта.It should be noted that the words "up", "down", "left", "right", "front", "rear", "top", "bottom", "positive", "negative", "clockwise" and "counterclockwise" in the following description are used for convenience only, and do not imply any particular fixed direction. In fact, they are used to express the relative position and/or orientation between different parts of an object.
Следует отметить, что эти и другие последующие чертежи служат только примерам, они не выполнены в масштабе и не должны рассматриваться как ограничивающие объем защиты, фактически требуемый настоящим изобретением. Кроме того, способы, адаптированные к различным вариантам осуществления, могут надлежащим образом объединяться.It should be noted that these and other subsequent drawings are for exemplary purposes only and are not to scale and should not be construed as limiting the scope of protection actually required by the present invention. Moreover, methods adapted to different embodiments can be suitably combined.
Один аспект изобретения является обеспечение способа подготовки заранее изготовленных дефектов в виде трещин. Подготовка дефектов в виде трещин достигается следующими этапами.One aspect of the invention is to provide a method for preparing prefabricated crack defects. Preparation of defects in the form of cracks is achieved in the following steps.
Прежде всего, задавая зону дефектов, следует понимать, что зона дефектов, упомянутая в этом изобретении, означает зону, где дефекты в виде трещин будут заранее изготовлены, которая может быть участком детали, подлежащим печати, например, частичной зоной на поверхности детали или частичной зоной внутри детали, или полной деталью, благодаря чему полная деталь рассматривается как зона дефектов.First of all, when specifying a defect area, it should be understood that the defect area mentioned in this invention means an area where crack defects will be prefabricated, which may be a portion of a part to be printed, for example, a partial area on the surface of a part or a partial area inside the part, or the complete part, whereby the complete part is considered as a defect zone.
Затем, задание объемного процента дефектов в виде трещин в зоне дефектов, и регулировка доли сферического порошка, доли пустотелого порошка и параметров процесса подготовки дефекта согласно объемному проценту дефектов в виде трещин.Then, set the volume percentage of crack defects in the defect area, and adjust the proportion of spherical powder, hollow powder proportion and defect preparation process parameters according to the volume percentage of crack defects.
Затем, на основе метода осаждения лазерным плавлением, послойная печать зоны дефектов с использованием порошка подготовки дефекта и параметров процесса подготовки дефекта. Следует понимать, что порошок подготовки дефекта, упомянутый в этом изобретении, означает конкретный порошок, используемый для печати зоны дефектов, и параметры процесса подготовки дефекта означают конкретные параметры печати, используемые для печати зоны дефектов. В частности, тип, химический состав и физические свойства порошка подготовки дефекта могут быть такими же или другими, чем для порошка, используемого для нормальной печати зоны формирования, и процесс подготовки порошка может быть таким же или другим, то есть для зоны дефектов и зоны формирования может использоваться один и тот же порошок при условии, что процесс подготовки отличается. Порошок подготовки дефекта и параметры процесса подготовки дефекта подробно описаны ниже.Then, based on the laser melting deposition method, layer-by-layer printing of the defect area using the defect preparation powder and defect preparation process parameters. It should be understood that the defect preparation powder referred to in this invention means the specific powder used to print the defect area, and the defect preparation process parameters mean the specific printing parameters used to print the defect area. In particular, the type, chemical composition and physical properties of the defect preparation powder may be the same or different than for the powder used for normal printing of the formation zone, and the powder preparation process may be the same or different, that is, for the defect zone and the formation zone the same powder can be used provided that the preparation process is different. The defect preparation powder and defect preparation process parameters are described in detail below.
Размер частицы порошка подготовки дефекта составляет от 45 мкм до 150 мкм, где доля сферического порошка ≥93% и доля пустотелого порошка <0,5%. Следует отметить, что размер частицы, упомянутый в этом изобретении, означает размер частиц порошка, причем размер частицы сферического порошка обычно выражается ее диаметром. Для частицы неправильной формы, диаметр сферической частицы, которая ведет себя так же, как частица неправильной формы, можно рассматривать как эквивалентный диаметр этой частицы. Распределение размера частицы порошка может измеряться способом сухого просеивания или влажным способом с помощью лазерного анализатора размера частицы. Доля сферического порошка означает отношение количества сферического порошка к суммарному количеству порошка подготовки дефекта. Материалы частиц порошка порошка, используемые для аддитивного производства имеют различные формы, например, сферический порошок со сферической формой и гладкой поверхностью, или сателлитный порошок, образованный двумя или более сферическими частицами порошка, связанными друг с другом, с выступающей структурой на поверхности и грубой сферической формой, или порошок другой неправильной формы, например, порошок в форме полоски, стержня, листа и т.д. Доля пустотелого порошка означает отношение количества пустотелого порошка к суммарному количеству порошка подготовки дефекта, эти порошки, используемые как порошковые материалы для аддитивного производства с порами внутри, и пустотелая форма именуется как пустотелый порошок. Следует понимать, что соотношение сферического порошка с порошком подготовки дефекта зависит от внешнего контура частиц порошка, тогда как соотношение пустотелого порошка с порошком подготовки дефекта зависит от того, имеют ли частицы порошка поры внутри и пребывают в пустотелой форме.The particle size of defect preparation powder ranges from 45 µm to 150 µm, where the proportion of spherical powder is ≥93% and the proportion of hollow powder is <0.5%. It should be noted that the particle size referred to in this invention means the particle size of the powder, and the particle size of a spherical powder is usually expressed by its diameter. For an irregularly shaped particle, the diameter of a spherical particle that behaves the same as an irregularly shaped particle can be thought of as the equivalent diameter of that particle. The particle size distribution of a powder can be measured by a dry sieving method or a wet method using a laser particle size analyzer. The proportion of spherical powder means the ratio of the amount of spherical powder to the total amount of defect preparation powder. Powder particle materials used for additive manufacturing have different shapes, such as spherical powder with a spherical shape and a smooth surface, or satellite powder formed by two or more spherical powder particles bonded to each other, with a raised structure on the surface and a rough spherical shape , or other irregularly shaped powder, such as strip, rod, sheet, etc. The proportion of hollow powder means the ratio of the amount of hollow powder to the total amount of defect preparation powder, these powders used as powder materials for additive manufacturing with pores inside, and the hollow form is referred to as hollow powder. It should be understood that the ratio of spherical powder to defect preparation powder depends on the outer contour of the powder particles, while the ratio of hollow powder to defect preparation powder depends on whether the powder particles have pores inside and are in a hollow form.
Параметры процесса подготовки дефекта содержат: мощность лазера 450 Вт - 550 Вт, скорость сканирования 600 мм/мин - 1200 мм/мин, скорость подачи порошка 4 г/мин - 12 г/мин, диаметр пятна 1 мм - 1,2 мм, шаг сканирования 0,5 мм - 0,8 мм и толщину слоя 0,08 мм - 0,2 мм.The defect preparation process parameters contain: laser power 450 W - 550 W, scanning speed 600 mm/min - 1200 mm/min, powder feed rate 4 g/min - 12 g/min,
Объемный процент дефектов в виде трещин в зоне дефектов управляется путем регулировки параметров процесса подготовки дефекта. Следует понимать, что объемный процент дефектов в виде трещин в зоне дефектов, упомянутой в этом изобретении, означает отношение объема дефектов в виде трещин к объему зоны дефектов.The volume percentage of defects in the form of cracks in the defect zone is controlled by adjusting the parameters of the defect preparation process. It should be understood that the volume percentage of crack defects in the defect zone mentioned in this invention means the ratio of the volume of crack defects to the volume of the defect zone.
В частности, в одном варианте осуществления, объемный процент дефектов в виде трещин в зоне дефектов управляется путем регулировки отношения мощности P лазера к скорости v сканирования, когда отношение P/v снижается, объемный процент дефектов в виде трещин в зоне дефектов увеличивается, таким образом, объемный процент дефектов в виде трещин в зоне дефектов может увеличиваться за счет уменьшения отношения мощности лазера к скорости сканирования. В другом варианте осуществления, способ регулировки параметров процесса подготовки дефекта определяется методом проб и ошибок, например, параметр A регулируется в (N+1)-ом испытании, объемный процент дефектов в виде трещин, подготовленных в (N+1)-ом испытании, демонстрирует тенденцию к увеличению по сравнению с объемным процентом дефектов в виде трещин, подготовленных в N-ом испытании, что позволяет получить калиброванный объемный процент путем непрерывной регулировки параметра A. В другом варианте осуществления, также может обеспечиваться параметрическая база данных для записи изменения доли дефектов в виде трещин каждый раз после регулировки параметров процесса подготовки дефекта, поэтому некоторую долю дефектов в виде трещин можно получить путем обращения к базе данных для регулировки параметров процесса подготовки дефекта. Когда заранее изготовленный объемный процент дефектов в виде трещин в зоне дефектов находится в пределах 0,01%-1,5%, соотношение между объемным процентом дефектов в виде трещин в зоне дефектов и отношением P/v выражается следующим образом:Specifically, in one embodiment, the volume percentage of crack defects in the defect zone is controlled by adjusting the ratio of the laser power P to the scanning speed v, when the ratio P/v decreases, the volume percentage of crack defects in the defect zone increases, thus the volume percentage of defects in the form of cracks in the defect zone can increase by reducing the ratio of laser power to scanning speed. In another embodiment, the method for adjusting the defect preparation process parameters is determined by trial and error, for example, parameter A is adjusted in the (N+1)th test, the volume percentage of crack defects prepared in the (N+1)th test, shows an increasing trend compared to the volume percentage of crack defects prepared in the Nth test, allowing a calibrated volume percentage to be obtained by continuously adjusting parameter A. In another embodiment, a parametric database may also be provided to record the change in the percentage of defects in in the form of cracks every time after adjusting the parameters of the defect preparation process, therefore, a certain proportion of defects in the form of cracks can be obtained by accessing the database to adjust the parameters of the defect preparation process. When the prefabricated volume percentage of crack defects in the defect zone is in the range of 0.01%-1.5%, the relationship between the volume percentage of crack defects in the defect zone and the P/v ratio is expressed as follows:
Объемный процент дефектов в виде трещин в зоне дефектов=-0,014ln(P/v)+0,001.Volume percentage of defects in the form of cracks in the defect zone=-0.014ln(P/v)+0.001.
Дефекты в виде трещин, подготовленные этим способом, естественно генерируются в ходе процесса печати, что позволяет сохранять признак непрерывности, соответствующий структуре зоны трещин, и конкретную долю дефектов в виде трещин можно получить путем регулировки параметров процесса подготовки дефекта, обеспечивая основу для дополнительного рассмотрения соотношения между дефектами в виде трещин и влиянием на механические свойства.Crack defects prepared by this method are naturally generated during the printing process, which allows the continuity feature corresponding to the structure of the crack zone to be maintained, and the specific fraction of crack defects can be obtained by adjusting the parameters of the defect preparation process, providing a basis for further consideration of the relationship between defects in the form of cracks and influence on mechanical properties.
Для дополнительного воплощения способа подготовки дефектов в виде трещин, первый и второй варианты осуществления показаны ниже для иллюстрации конкретного способа подготовки трещин.For a further embodiment of the crack preparation method, the first and second embodiments are shown below to illustrate a specific crack preparation method.
Первый вариант осуществленияFirst embodiment
Первый вариант осуществления демонстрирует способ подготовки заранее изготовленной детали со встроенными дефектами в виде трещин и заранее изготовленной детали со встроенными дефектами в виде трещин, подготовленных с использованием этого способа. Следует понимать, что встроенный дефект в виде трещин означает дефект в виде трещин, созданный внутри заранее изготовленной детали.The first embodiment demonstrates a method for preparing a prefabricated part with embedded crack defects and a prefabricated part with embedded crack defects prepared using this method. It should be understood that an embedded crack defect means a crack defect created within a prefabricated part.
На фиг.1 показан схематический вид заранее изготовленной детали со встроенными дефектами в виде трещин в этом варианте осуществления, на фиг.2 показан схематический вид поперечного сечения заранее изготовленной детали, включающей в себя зону дефектов и зону формирования, на фиг.3 показана блок-схема операций способа подготовки заранее изготовленной детали, показанной на фиг.1.FIG. 1 shows a schematic view of a prefabricated part with built-in crack defects in this embodiment, FIG. 2 shows a schematic cross-sectional view of a prefabricated part including a defect zone and a formation zone, FIG. 3 shows a block an operation diagram of a method for preparing a prefabricated part shown in FIG. 1.
Согласно фиг.1 и фиг.3, для подготовки заранее изготовленной детали 1, показанной на фиг.1, сначала выполняется S100: получать 3D модель заранее изготовленной детали 1, в частности, 3D модель заранее изготовленной детали 1 для аддитивного производства можно получить посредством 3D сканирования и т.д., 3D модель может создаваться в программном обеспечении обработки 3D графики, например, UG, AUTOCAD или другом программном обеспечении моделирования.According to FIG. 1 and FIG. 3, to prepare the
Затем выполняется S101: разделять заранее изготовленную деталь 1 на зону 10 дефектов и зону 11 формирования, причем зона 11 формирования, упомянутая в этом изобретении означает оставшийся участок детали за исключением зоны 10 дефектов. На фиг.1 исключительно в порядке примера показана одна зона 10 дефектов, отделенная от заранее изготовленной детали 1, следует понимать, что количество зон 10 дефектов может быть два или более. В этом варианте осуществления, участки заранее изготовленной детали 1 за исключением зоны 10 дефектов могут рассматриваться в целом как зона 11 формирования.Next, S101 is performed: dividing the
Зона 10 дефектов предусмотрена внутри заранее изготовленной детали 1, следует понимать, что, встроенные дефекты в виде трещин генерируются внутри структуры детали в фактическом процессе печати, что позволяет достигать подготовки заранее изготовленной детали 1 со встроенными дефектами в виде трещин, задавая зону 10 дефектов внутри заранее изготовленной детали 1.The
Затем выполняется S102: задавать объемный процент встроенных дефектов в виде трещин в зоне 10 дефектов, причем объемный процент может определяться отношением объема встроенных дефектов в виде трещин в фактической отпечатанной детали, нуждающейся в моделировании, к объему фактической отпечатанной детали, то есть (объем встроенных дефектов в виде трещин/объем зоны дефектов) * объем зоны дефектов/объем заранее изготовленной детали=объем встроенных дефектов в виде трещин в фактической отпечатанной детали/объем фактической отпечатанной детали. Если количество зон 10 дефектов в заранее изготовленной детали 1 больше единицы, за счет разделения заранее изготовленной детали 1 на зону 10 дефектов и зону 11 формирования на этапе S101, дефекты в заранее изготовленной детали 1 можно быстро и точно подготавливать согласно фактическому объемному проценту. Одновременно, доля сферического порошка, доля пустотелого порошка и параметры процесса подготовки дефекта могут регулироваться согласно объемному проценту дефектов.Next, S102 is executed: set the volume percentage of built-in crack defects in the
Затем выполняется S104: послойно печатать заранее изготовленную деталь 1 со встроенными дефектами в виде трещин. На фиг.2 показан схематический вид поперечного сечения заранее изготовленной детали, включающей в себя зону дефектов и зону формирования, как показано на фиг.2, для каждого поперечного сечения, порошок подготовки дефекта и параметры процесса подготовки дефекта используются для печати конкретных слоев в зоне 10 дефектов, порошок для формирования и соответствующие параметры процесса используются для печати конкретных слоев в зоне 11 формирования.Then S104 is executed: layer-by-layer printing of
В частности, размер частицы порошка подготовки дефекта составляет от 45 мкм до 150 мкм, где доля сферического порошка ≥93% и доля пустотелого порошка <0,5%. В одном варианте осуществления, порошок подготовки дефекта подготавливается способом атомизации вращением электрода в плазме.Specifically, the particle size of the defect preparation powder is from 45 μm to 150 μm, where the proportion of spherical powder is ≥93% and the proportion of hollow powder is <0.5%. In one embodiment, the defect preparation powder is prepared by an atomization method by rotating the electrode in a plasma.
Параметры процесса подготовки дефекта содержат: мощность лазера 450 Вт - 550 Вт, скорость сканирования 600 мм/мин - 1200 мм/мин, скорость подачи порошка 4 г/мин - 12 г/мин, диаметр пятна 1 мм - 1,2 мм, шаг сканирования 0,5 мм - 0,8 мм и толщину слоя 0,08 мм - 0,2 мм.The defect preparation process parameters contain: laser power 450 W - 550 W, scanning speed 600 mm/min - 1200 mm/min, powder feed rate 4 g/min - 12 g/min,
Объемный процент дефектов в виде трещин в зоне дефектов управляется путем регулировки параметров процесса подготовки дефекта. В частности, в одном варианте осуществления, объемный процент дефектов в виде трещин в зоне дефектов управляется путем регулировки отношения мощности лазера к скорости подачи порошка. В другом варианте осуществления, способ регулировки параметров процесса подготовки дефекта определяется методом проб и ошибок, например, параметр A регулируется в (N+1)-ом испытании, объемный процент дефектов в виде трещин, подготовленных в (N+1)-ом испытании, демонстрирует тенденцию к увеличению по сравнению с объемным процентом дефектов в виде трещин, подготовленных в N-ом испытании, что позволяет получить калиброванный объемный процент путем непрерывной регулировки параметра A. В другом варианте осуществления, также может обеспечиваться параметрическая база данных для записи изменения доли дефектов в виде трещин каждый раз после регулировки параметров процесса подготовки дефекта, поэтому некоторую долю дефектов в виде трещин можно получить путем обращения к базе данных для регулировки параметров процесса подготовки дефекта.The volume percentage of defects in the form of cracks in the defect zone is controlled by adjusting the parameters of the defect preparation process. Specifically, in one embodiment, the volume percentage of crack defects in the defect zone is controlled by adjusting the ratio of laser power to powder feed rate. In another embodiment, the method for adjusting the defect preparation process parameters is determined by trial and error, for example, parameter A is adjusted in the (N+1)th test, the volume percentage of crack defects prepared in the (N+1)th test, shows an increasing trend compared to the volume percentage of crack defects prepared in the Nth test, allowing a calibrated volume percentage to be obtained by continuously adjusting parameter A. In another embodiment, a parametric database may also be provided to record the change in the percentage of defects in in the form of cracks every time after adjusting the parameters of the defect preparation process, therefore, a certain proportion of defects in the form of cracks can be obtained by accessing the database to adjust the parameters of the defect preparation process.
Встроенные дефекты в виде трещин могут естественно генерироваться в каждом слое зоны 10 дефектов, отпечатанной с использованием вышеупомянутого порошка подготовки дефекта и параметров процесса подготовки дефекта, таким образом, осуществляя естественное формирование дефектов в виде трещин в заранее изготовленной детали 1. Поскольку дефекты в виде трещин сформированные этим способом, имеют особенность фактического процесса отвердевания металла, признак непрерывности, соответствующий структуре зоны трещин, может сохраняться в дефектах в виде трещин. При этом, местоположение зоны, где генерируются дефекты в виде трещин, может управляться путем разделения зоны дефектов и зоны формирования, по сравнению с уровнем техники, этот способ может обеспечивать генерации дефектов в виде трещин за счет более точной имитации процесса отвердевания осаждения лазерным плавлением, без ущерба для структуры и характеристики изделия.Embedded crack defects can be naturally generated in each layer of the
Заранее изготовленная деталь со встроенными дефектами в виде трещин, подготовленными этим способом, имеет преимущество для анализа истинного соответствия между дефектами в виде трещин, создаваемыми посредством аддитивного производства на основе осаждения лазерным плавлением и сигналами неразрушающего испытания. Совместно с результатами испытания характеристики продукта, соотношение между дефектами в виде трещин и характеристикой продукта можно анализировать и исследовать. Дополнительно, соотношение между встроенными дефектами в виде трещин и надежностью продукта аддитивного производства можно анализировать, обеспечивая сильную теоретическую поддержку для применения формирования металлического аддитивного производства, которая имеет широкую перспективу исследования и применения.A prefabricated part with embedded crack defects prepared by this method has the advantage of analyzing the true correspondence between crack defects generated by laser fusion deposition additive manufacturing and non-destructive testing signals. Together with the test results, the product characteristics, the relationship between crack defects and product performance can be analyzed and investigated. Additionally, the relationship between built-in crack defects and additive manufacturing product reliability can be analyzed, providing strong theoretical support for the application of metal additive manufacturing forming, which has a broad research and application perspective.
В одном или более вариантах осуществления, может обеспечиваться множество зон 10 дефектов, поэтому 3D модель нуждается в разделении на множество зон дефектов и зону формирования на этапе S101, и доля сферического порошка, доля пустотелого порошка и параметры процесса подготовки дефекта должны задаваться отдельно для каждой зоны дефектов на этапе S102. Техническую проблему управления позицией и особенностью зоны дефектов и дефектов в заранее изготовленной детали при подготовке дефекта можно решать, устанавливая параметры для зоны дефектов. Зона дефектов предназначена для имитации дефектов и особенностей фактической детали, что позволяет управлять долей дефектов, размером дефектов и интенсивностью дефектов в различных зонах дефектов, и разбиение позволяет получать дефекты с различными особенностями в различных позициях на одной детали. Концентрация дефектов часто происходит в ходе процесса формирования или процесса подготовки деталей, поэтому подготовка единичного дефекта не может фактически показывать общую концентрацию дефектов и структурные особенности дефектов и их окружение, и не может показывать эффективно подготовленные фактические дефекты. Использование зоны дефектов для имитации генерации дефектов и их особенностей позволяет не только упрощать способ подготовки заранее изготовленных дефектов, делая его более удобным в использовании, но и повышать точность неразрушающего испытания для выявления дефектов с заранее изготовленной деталью в качестве стандартной детали, повышать точность соотношения между дефектами и характеристикой изделия, и повышать точность соотношения между дефектами и сроком службы изделия. Кроме того, при осуществлении неразрушающего испытания заранее изготовленной детали, чувствительность дефектов заранее изготовленной детали на различных глубинах необходимо испытывать в одних и тех же условиях неразрушающего испытания, разбиение дефектов допускает, что дефекты будут генерироваться на конкретных глубинах в одной заранее изготовленной детали и не будут генерироваться на другой глубине, что позволяет эффективно избегать влияния на чувствительность испытания вследствие различия в составе и однородности различных изделий, что повышает точность испытания, можно анализировать влияние различных особенностей дефектов на различных конструкций на результаты неразрушающего испытания, и можно анализировать влияние дефектов в различных позициях и в различных условиях окружающей стреды (температура, напряжение) на характеристику заранее изготовленной детали. С другой стороны, при подготовке заранее изготовленной детали с указанной позицией и особенностями дефекта (например, долей, размером и интенсивностью), процесс подготовки дефекта, подлежащий использованию, определяется количеством и размером зоны дефектов. Если обеспечено множество зон дефектов, необходимо устанавливать стратегии формирования (например, количество теплоты формирующего лазера, последовательность формирования, планирование путей формирования, разделение слоев и т.д.) долей различных дефектов для каждой зоны дефектов.In one or more embodiments, a plurality of
Как показано на фиг.3, в одном или более вариантах осуществления, способ подготовки заранее изготовленной детали со встроенными дефектами в виде трещин дополнительно содержит, As shown in FIG. 3, in one or more embodiments, a method for preparing a prefabricated part with embedded crack defects further comprises,
S103: обрабатывать модели зоны 10 дефектов и формировать зоны 11, отделенные от 3D модели, где обработка модели содержит: обработку добавления допуска, обработку разделения слоев и резания и обработку планирования путей. В частности, обработка добавления допуска предусматривает добавление допуска печати до внешнего периферийного контура в зону 10 дефектов и зону 11 формирования соответственно, поэтому граница зоны 10 дефектов и зоны 11 формирования могут быть связаны друг с другом сплавлением, где металлургическая связь может достигаться границей ванны расплава двух зон, перекрывающихся друг с другом, или осаждением с плавлением верхнего и нижнего слоев двух зон. Обработка разделения слоев и резания состоит в разделении 3D модели, полученной сканированием, на множественные слои путем резания, обеспечения основы для последующей послойной печати. Обработка планирования путей состоит в планировании пути лазерного сканирования для каждого единичного слоя, полученного после обработки разделения слоев и резания. Различные подаватели порошка и лазерные генераторы могут использоваться для зоны 10 дефектов и зоны 11 формирования в каждом единичном слое, причем зона 10 дефектов и зона 11 формирования могут печататься последовательно или одновременно.S103: process models of
В одном или более вариантах осуществления, способ подготовки заранее изготовленной детали со встроенными дефектами в виде трещин дополнительно содержит S105: термообработка отпечатанной заранее изготовленной детали 1, в частности, может быть термообработкой снятия напряжений или обработкой раствором структурной регуляции.In one or more embodiments, the method for preparing a prefabricated part with embedded crack defects further comprises S105: heat treatment of the printed prefabricated
В одном или более вариантах осуществления, способ подготовки заранее изготовленной детали со встроенными дефектами в виде трещин дополнительно содержит S106: удалять отпечатанную заранее изготовленную деталь 1 с подложек, в некоторых вариантах осуществления, заранее изготовленная деталь 1 печатается на подложках, поэтому заранее изготовленная деталь 1 нужно удалять с подложек тем или иным способом, например, резкой проволокой после печати. В других вариантах осуществления, заранее изготовленная деталь 1 не печатается на подложках, и в этом случае этап S106 не требуется.In one or more embodiments, the method of preparing a prefabricated part with embedded crack defects further comprises S106: remove the printed prefabricated
В одном или более вариантах осуществления, способ подготовки заранее изготовленной детали со встроенными дефектами в виде трещин дополнительно содержит S107: поверхностную обработку отпечатанной заранее изготовленной детали 1, в частности, заранее изготовленную деталь 1 можно полировать или механически обрабатывать для удовлетворения требованию к качеству поверхности изделия.In one or more embodiments, the method for preparing a prefabricated part with embedded crack defects further comprises S107: surface treatment of the printed prefabricated
В одном или более вариантах осуществления, порошок для формирования в уровне техники представляет собой металлический порошок, подготовленный в стандартном процессе и имеющий стандартные химические и физические свойства, и соответствующие параметры процесса представляют собой параметры, обычно используемые в промышленности для печати порошка для формирования, поэтому заранее изготовленная деталь, подготовленная с порошком для формирования и соответствующими параметрами процесса, будет генерировать меньше дефектов, например трещин, или вовсе не будет их генерировать. В одном варианте осуществления, порошковый материал, имеющий состав, аналогичный или такой же, как порошок подготовки дефекта, используемый для подготовки зоны 10 дефектов, обычно выбирается в качестве стандартного порошка, чтобы гарантировать связывание между зоной 10 дефектов и зоной 11 формирования.In one or more embodiments, the forming powder in the prior art is a metal powder prepared in a standard process and having standard chemical and physical properties, and the corresponding process parameters are those commonly used in the industry for printing the forming powder, so in advance a manufactured part prepared with forming powder and appropriate process parameters will generate fewer or no defects such as cracks. In one embodiment, a powder material having a composition similar to or the same as the defect preparation powder used to prepare the
Конкретный пример подготовки заранее изготовленной детали со встроенными дефектами в виде трещин способом, описанным в первом варианте осуществления, показан ниже, согласно фиг.1-3:A specific example of preparing a prefabricated part with built-in defects in the form of cracks in the manner described in the first embodiment is shown below, according to Figs. 1-3:
Порошкообразный сплав Hastelloy X выбирается в качестве порошка подготовки для зоны 11 формирования.Powdered Hastelloy X alloy is selected as the preparation powder for the forming
Прежде всего, задавать позицию зоны заранее изготовленных дефектов в виде трещин на заранее изготовленной детали 1 в качестве центра изделия, причем зона является прямоугольной зоной размером 15 мм × 7 мм × 5 мм, и доля дефектов в виде трещин в прямоугольной зоне задается в пределах около 0,2%-0,3%.First of all, set the position of the prefabricated crack defect zone on the
Затем, на основании позиции и размера встроенных дефектов в виде трещин, разделять зону заранее изготовленных дефектов из 3D модели изделия аддитивного производства посредством программного обеспечения моделирования UG, формируя зону 10 дефектов и зону 11 формирования внутри заранее изготовленной детали 1.Then, based on the position and size of the embedded crack defects, divide the prefabricated defect zone from the 3D model of the additive manufacturing product through UG modeling software, forming a
Затем осуществлять обработку разделения слоев и резания и обработку планирования путей во внутренней зоне заранее изготовленных дефектов в виде трещин и внешней зоне формирования заранее изготовленной детали 1, где граница ванны расплава двух зон перекрывается друг с другом, что позволяет обеспечивать металлургическую связь на границе.Then, carry out layer separation and cutting processing and path planning processing in the inner zone of the prefabricated crack defects and the outer formation zone of the
Затем заполнять зону заранее изготовленных дефектов в виде трещин внутри заранее изготовленной детали способом аддитивного производства на основе осаждения лазерным плавлением на основании синхронной подачи порошка, причем используемый порошок представляет собой порошкообразный высокотемпературный сплав GH3536, подготовленный способом атомизации вращением электрода в плазме, со следующими весовыми процентами основных химических элементов: Ni:46%, C:0,075%, Cr:22,0%, Co:1,5%, Mo:9,5%, W:0,7%, Fe:19,0%, Mn≤0,01%, Si≤0,1%, P≤0,008%, S≤0,0015%, O≤0,015%, N≤0,005%, и остаток представляет собой другие следовые элементы с размером частицы: 45 мкм ~ 150 мкм, доля сферического порошка с гладкой поверхностью составляет 95% и почти без пустотелого порошка. Параметры процесса подготовки дефекта: мощность лазера 550 Вт, скорость сканирования 600 мм/мин, скорость подачи порошка 12 г/мин, диаметр пятна 1,2 мм, шаг сканирования 0,8 мм и толщина слоя 0,2 мм, благодаря чему формируется зона заранее изготовленных дефектов в виде трещин текущего слоя, и затем окружающая зона формирования текущего слоя может формироваться с использованием другого подавателя порошка с нормальными параметрами процесса формирования для зоны формирования.Then fill the area of prefabricated defects in the form of cracks inside the prefabricated part by additive manufacturing method based on laser melting deposition based on synchronous powder feeding, and the powder used is a powdered high-temperature alloy GH3536 prepared by atomization method by rotating the electrode in plasma, with the following weight percentages of the main chemical elements: Ni:46%, C:0.075%, Cr:22.0%, Co:1.5%, Mo:9.5%, W:0.7%, Fe:19.0%, Mn≤ 0.01%, Si≤0.1%, P≤0.008%, S≤0.0015%, O≤0.015%, N≤0.005%, and the remainder is other trace elements with particle size: 45μm ~ 150μm , the proportion of spherical powder with smooth surface is 95% and almost no hollow powder. Parameters of the defect preparation process: laser power 550 W, scanning speed 600 mm/min, powder feeding speed 12 g/min, spot diameter 1.2 mm, scanning step 0.8 mm and layer thickness 0.2 mm, due to which a zone is formed prefabricated crack defects of the current layer, and then the surrounding forming zone of the current layer can be formed using another powder feeder with normal forming process parameters for the forming zone.
Затем термообработка и обработка раствором структурной регуляции осуществляются согласно требованию изделия, в частности, процесс термообработки предусматривает: использование печи вакуумной термообработки, причем скорость термообработки равна 1175°C/ч, охлаждение в печи.Then heat treatment and structural regulation solution treatment are carried out according to the requirement of the product, in particular, the heat treatment process involves: using a vacuum heat treatment furnace, and the heat treatment speed is 1175°C/h, cooling in the furnace.
Затем удалять изделие с заранее изготовленными дефектами, подготовленными посредством аддитивного производства, с подложки посредством резки проволокой. Then remove the product with prefabricated defects prepared by additive manufacturing from the substrate by wire cutting.
Наконец, изделие, подготовленное посредством аддитивного производства, механически обрабатывается для удовлетворения требованию к качеству поверхности изделия, Ra≤0,8 мкмFinally, the product prepared by additive manufacturing is mechanically processed to meet the product surface quality requirement, Ra≤0.8 µm
После испытания, доля дефектов в виде трещин зоны заранее изготовленных дефектов, подготовленных этим способом, составляет около 0,25% и ширина трещины <45 мкм.After testing, the crack defect rate of the prefabricated defect zone prepared by this method is about 0.25% and the crack width is <45 µm.
На фиг.4 показана отполированная металлографическая морфология дефектов в виде трещин на заранее изготовленной детали, подготовленной вышеупомянутым способом, причем заранее изготовленная деталь, подготовленная вышеупомянутым способом, снабжена множеством трещин 12, сгенерированных естественным путем, и структура двух сторон множества трещин 12 имеет признак соответствующей непрерывности.FIG. 4 shows a polished metallographic morphology of crack defects on a prefabricated part prepared by the above-mentioned method, wherein the prefabricated part prepared by the above-mentioned method is provided with a plurality of naturally generated cracks 12, and the structure of two sides of the plurality of cracks 12 has the characteristic of corresponding continuity. .
Второй вариант осуществленияSecond embodiment
Второй вариант осуществления демонстрирует способ подготовки восстановленной детали со встроенными дефектами в виде трещин.The second embodiment demonstrates a method for preparing a remanufactured part with embedded crack defects.
На фиг.5 показан схематический вид поперечного сечения зоны дефектов восстановленной детали со встроенными дефектами в виде трещин в этом варианте осуществления. В этом варианте осуществления, восстановленная деталь 1a содержит тело 100a детали и зону 100b восстановления, причем зона 100b восстановления используется для восстановления дефекта тела 100a детали. Фиг.6 демонстрирует схематический вид поперечного сечения зоны 100b восстановления. Фиг.7 демонстрирует блок-схему операций способа подготовки восстановленной детали, показанной на фиг.5.FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the defect area of a remanufactured part with embedded crack defects in this embodiment. In this embodiment, the repaired part 1a includes a part body 100a and a
Для подготовки восстановленной детали 1a, прежде всего выполняют S201: получать 3D модель зоны 100b восстановления на основании дефекта или повреждение тела 100a детали, причем 3D модель зоны 100b восстановления можно получить посредством 3D сканирования и т.д., 3D модель может создаваться в программном обеспечении обработки 3D графики, например, UG, AUTOCAD или другом программном обеспечении моделирования, и разделяться в программном обеспечении.To prepare the repaired part 1a, S201 is first performed: obtain a 3D model of the
Затем выполняется S203: получать тело 100a детали, в частности, согласно варианту осуществления, представленному на фиг.5, дефекты тела 100a детали могут быть дефектами литья, дефектами механической обработки или эксплуатационными дефектами, например, трещинами, выбоинами и т.д., и зона 100b восстановления является деталью восстановления, обеспеченной в соответствии с выбоинами. Таким образом, способ подготовки, показанный на фиг.7, дополнительно содержит этапы: S200, получать законченную деталь и S202: прорезать законченную деталь, для перехода к S203 для получения тела 100a детали. Законченная деталь может быть деталью, состарившейся после использования, и тело 100a детали получается прорезанием поврежденного участка на состарившейся детали. Законченная деталь также может быть получена другими средствами, например, аддитивным производством. Прорезь может иметь трапецеидальную форму, как показано на фигуре, или другую подходящую форму, например, U-образуню форму или V-образную форму, причем углы наклона сторон прорези обычно меньше 60°, и края между сторонами и дном скошены. Согласно варианту осуществления, отличному от этапов, показанных на фиг.7, тело 100a детали также может быть сформировано непосредственно в процессе аддитивного производства, где дефекты, подлежащие восстановлению, будут сформированы одновременно на теле 100a детали при печати.Next, S203 is executed: obtain the part body 100a, specifically, according to the embodiment shown in FIG. 5, defects in the part body 100a may be casting defects, machining defects, or performance defects such as cracks, gouges, etc., and the
Затем, как показано на фиг.6, разделять 3D модель зоны восстановления на по меньшей мере одну зону 10a дефектов и одну зону 11a формирования, в случае, показанном на фиг.5, где деталь восстановлена, зона 10a дефектов располагается внутри восстановленной детали 1a. В частности, зона 10a дефектов располагается в позиции, показанной на фигуре, которая находится ниже в направления восстановления зоны 100b восстановления, поэтому, по окончании восстановления, зона 10a дефектов располагается внутри восстановленной детали 1a. В некоторых других вариантах осуществления, отличных от показанных на фигуре, зона 10a дефектов может обеспечиваться непосредственно внутри зоны 11a формирования.Then, as shown in Fig. 6, divide the 3D model of the restoration zone into at least one defect zone 10a and one formation zone 11a, in the case shown in Fig. 5, where the part is restored, the defect zone 10a is located inside the restored part 1a. Specifically, the defect area 10a is located at the position shown in the figure, which is downstream in the restoration direction of the
Затем выполняется S204, задавать объемный процент встроенных дефектов в виде трещин в зоне 10a дефектов, причем объемный процент может определяться отношением объема встроенных дефектов в виде трещин в фактической восстановленной детали, которую нужно моделировать, к объему фактической восстановленной детали, то есть (объем встроенных дефектов в виде трещин/объем зоны дефектов) * объем зоны дефектов/объем заранее изготовленной детали=объем встроенных дефектов в виде трещин в фактической восстановленной детали/объем фактической восстановленной детали. Доля сферического порошка, доля пустотелого порошка и параметры процесса подготовки дефекта могут регулироваться согласно объемному проценту дефектов.Next, S204 is executed to set the volume percentage of built-in crack defects in the defect area 10a, wherein the volume percentage may be determined by the ratio of the volume of built-in crack defects in the actual repaired part to be modeled to the volume of the actual repaired part, that is, (volume of built-in cracks in the form of cracks/volume of the defect zone) * volume of the defect zone/volume of the prefabricated part=volume of built-in defects in the form of cracks in the actual restored part/volume of the actual restored part. The spherical powder proportion, hollow powder proportion and defect preparation process parameters can be adjusted according to the volume percentage of defects.
Затем выполняется S206: печать зону 100b восстановления послойно на дефекте тела 100a детали, где для слоев относительно зоны 10a дефектов, порошок подготовки дефекта и параметры процесса подготовки дефекта используются для печати конкретных слоев в зоне дефектов, и порошок для формирования и соответствующие параметры процесса используются для печати конкретных слоев в зоне 11a формирования. В одном варианте осуществления, допуск печати нуждается в добавлении во внешний периферийный контур зоны 100b восстановления до печати, для достижения сильной металлургической связи между зоной 100b восстановления и телом детали.S206 is then performed: printing the
В частности, размер частицы порошка подготовки дефекта составляет от 45 мкм до 150 мкм, где доля сферического порошка ≥93% и доля пустотелого порошка <0,5%. В одном варианте осуществления, порошок подготовки дефекта подготавливается способом атомизации вращением электрода в плазме.Specifically, the particle size of the defect preparation powder is from 45 μm to 150 μm, where the proportion of spherical powder is ≥93% and the proportion of hollow powder is <0.5%. In one embodiment, the defect preparation powder is prepared by an atomization method by rotating the electrode in a plasma.
Параметры процесса подготовки дефекта содержат: мощность лазера 450 Вт - 550 Вт, скорость сканирования 600 мм/мин - 1200 мм/мин, скорость подачи порошка 4 г/мин - 12 г/мин, диаметр пятна 1 мм - 1,2 мм, шаг сканирования 0,5 мм - 0,8 мм и толщину слоя 0,08 мм - 0,2 мм.The defect preparation process parameters contain: laser power 450 W - 550 W, scanning speed 600 mm/min - 1200 mm/min, powder feed rate 4 g/min - 12 g/min,
Объемный процент дефектов в виде трещин в зоне дефектов управляется путем регулировки параметров процесса подготовки дефекта. В частности, в одном варианте осуществления, объемный процент дефектов в виде трещин в зоне дефектов управляется путем регулировки отношения мощности лазера к скорости сканирования. В другом варианте осуществления, способ регулировки параметров процесса подготовки дефекта определяется методом проб и ошибок, например, параметр A регулируется в (N+1)-ом испытании, объемный процент дефектов в виде трещин, подготовленных в (N+1)-ом испытании, демонстрирует тенденцию к увеличению по сравнению с объемным процентом дефектов в виде трещин, подготовленных в N-ом испытании, что позволяет получить калиброванный объемный процент путем непрерывной регулировки параметра A. В другом варианте осуществления, также может обеспечиваться параметрическая база данных для записи изменения доли дефектов в виде трещин каждый раз после регулировки параметров процесса подготовки дефекта, поэтому некоторую долю дефектов в виде трещин можно получить путем обращения к базе данных для регулировки параметров процесса подготовки дефекта.The volume percentage of defects in the form of cracks in the defect zone is controlled by adjusting the parameters of the defect preparation process. Specifically, in one embodiment, the volume percentage of crack defects in the defect zone is controlled by adjusting the ratio of laser power to scanning speed. In another embodiment, the method for adjusting the defect preparation process parameters is determined by trial and error, for example, parameter A is adjusted in the (N+1)th test, the volume percentage of crack defects prepared in the (N+1)th test, shows an increasing trend compared to the volume percentage of crack defects prepared in the Nth test, allowing a calibrated volume percentage to be obtained by continuously adjusting parameter A. In another embodiment, a parametric database may also be provided to record the change in the percentage of defects in in the form of cracks every time after adjusting the parameters of the defect preparation process, therefore, a certain proportion of defects in the form of cracks can be obtained by accessing the database to adjust the parameters of the defect preparation process.
В одном или более вариантах осуществления, способ подготовки заранее изготовленной детали со встроенными дефектами в виде трещин дополнительно содержит,In one or more embodiments, the method of preparing a prefabricated part with embedded crack defects further comprises,
S205: обрабатывать модели зоны 10a дефектов и зоны 11a формирования, отделенных от 3D модели зоны 100b восстановления, где обработка модели содержит: обработку добавления допуска, обработку разделения слоев и резания и обработку планирования путей. В частности, обработка добавления допуска служит для добавления допуска печати во внешний периферийный контур для зоны 10a дефектов и зоны 11a формирования по-отдельности, поэтому граница зоны 10a дефектов и зоны 11a формирования могут быть связаны друг с другом сплавлением, где металлургическая связь может достигаться границей ванны расплава двух зон, перекрывающихся друг с другом, или осаждением с плавлением верхнего и нижнего слоев двух зон. Обработка разделения слоев и резания состоит в разделении 3D модели, полученной сканированием, на множественные слои путем резания, обеспечения основы для последующей послойной печати. Обработка планирования путей состоит в планировании пути лазерного сканирования для каждого единичного слоя, полученного после обработки разделения слоев и резания. Различные подаватели порошка и лазерные генераторы могут использоваться для зоны 10a дефектов и зоны 11a формирования в каждом единичном слое, причем зона 10a дефектов и зона 11a формирования могут печататься последовательно или одновременно.S205: process the models of the defect area 10a and the formation area 11a separated from the 3D model of the
В одном или более вариантах осуществления, способ подготовки заранее изготовленной детали со встроенными дефектами в виде трещин дополнительно содержит S207: термообработка отпечатанной восстановленной детали 1a, в частности, может быть термообработкой снятия напряжений или обработкой раствором структурной регуляции.In one or more embodiments, the method for preparing a prefabricated part with embedded crack defects further comprises S207: heat treatment of the printed repair part 1a may particularly be a stress relief heat treatment or a structural adjustment solution treatment.
В одном или более вариантах осуществления, способ подготовки заранее изготовленной детали со встроенными дефектами в виде трещин дополнительно содержит S208: поверхностную обработку отпечатанной заранее изготовленной детали, в частности, восстановленную деталь 1a можно полировать или механически обрабатывать для удовлетворения требованию к качеству поверхности изделия.In one or more embodiments, the method for preparing a prefabricated part with embedded crack defects further comprises S208: surface treating the printed prefabricated part, in particular, the refurbished part 1a can be polished or machined to meet a surface quality requirement of the product.
В одном или более вариантах осуществления, порошок для формирования в уровне техники представляет собой металлический порошок, подготовленный в стандартном процессе и имеющий стандартные химические и физические свойства, и соответствующие параметры процесса представляют собой параметры, обычно используемые в промышленности для печати порошка для формирования, поэтому заранее изготовленная деталь, подготовленная с порошком для формирования и соответствующими параметрами процесса, будет генерировать меньше дефектов, например трещин, или вовсе не будет их генерировать. В одном варианте осуществления, в качестве стандартного порошка обычно выбирается порошковый материал, имеющий состав, аналогичный или такой же, как у порошка подготовки дефекта, используемого для подготовки зоны 10a дефектов, чтобы гарантировать связывание между зоной 10a дефектов и зоной 11a формирования.In one or more embodiments, the forming powder in the prior art is a metal powder prepared in a standard process and having standard chemical and physical properties, and the corresponding process parameters are those commonly used in the industry for printing the forming powder, so in advance a manufactured part prepared with forming powder and appropriate process parameters will generate fewer or no defects such as cracks. In one embodiment, the standard powder is typically selected to be a powder material having a composition similar to or the same as the defect preparation powder used to prepare the defect zone 10a to ensure bonding between the defect zone 10a and the formation zone 11a.
Конкретный пример подготовки восстановленной детали 1a со встроенными дефектами в виде трещин способом, описанным во втором варианте осуществления, показан ниже, согласно фиг.5-7:A specific example of preparing a repaired part 1a with embedded crack defects in the manner described in the second embodiment is shown below, according to Figs. 5-7:
В качестве порошка подготовки для зоны восстановления выбирается порошкообразный сплав GH3536.GH3536 alloy powder is selected as the preparation powder for the reduction zone.
Прежде всего, прорезать поврежденный участок, где выемка находится на кузнечном изделии GH3536, путем механической обработки, причем форма прорези показана на фиг.5, которая является трапецеидальной прорезью с углами наклона сторон прорези около 45° и размером 17 мм верхней линии, 10 мм нижней линии, 7 мм в высоту и 7 мм в ширину, получая тело 100a детали.First of all, cut the damaged area where the notch is located on the forging product GH3536 by machining, and the shape of the slot is shown in Fig. 5, which is a trapezoidal slot with the inclination angles of the sides of the slot about 45° and the size of 17 mm top line, 10 mm bottom lines, 7 mm high and 7 mm wide, giving a body of 100a parts.
Затем, получать 3D модель зоны 100b восстановления путем 3D сканирования прорезанной зоны,Then, obtain a 3D model of the
затем, устанавливать вертикальное расстояние между верхней поверхностью зоны 10a дефектов в виде трещин и поверхностью тела 100a детали кузнечного изделия GH3536 равным 17 мм, как показано на фиг.5, и устанавливать долю дефектов в виде трещин зоны заранее изготовленных 10a дефектов в пределах около 1,45%-1,55%.then, set the vertical distance between the top surface of the crack defect zone 10a and the surface of the body 100a of the forging part GH3536 to be 17 mm, as shown in FIG. 5, and set the crack defect fraction of the prefabricated defect zone 10a to about 1, 45%-1.55%.
Затем, на основании позиции и доли заранее изготовленных дефектов в виде трещин, разделять 3D модель трапецеидальной прорези на нижнюю зону 10a дефектов и верхнюю зону 11a формирования программного обеспечения моделирования CAD.Then, based on the position and proportion of prefabricated crack defects, divide the 3D model of the trapezoidal slot into a lower defect zone 10a and an upper defect formation zone 11a by the CAD modeling software.
Затем осуществлять обработку разделения слоев и резания и обработку планирования путей во внутренней зоне заранее изготовленных дефектов в виде трещин и внешней зоне формирования восстановленной детали 1a, где граница ванны расплава двух зон перекрывается друг с другом, что позволяет обеспечивать металлургическую связь на границе. Then, carry out layer separation and cutting processing and path planning processing in the inner zone of the prefabricated crack defects and the outer zone of forming the repaired part 1a, where the melt pool boundary of the two zones overlaps with each other, allowing metallurgical bonding at the boundary to be achieved.
Добавлять допуск печати в полученную 3D модель зоны заранее изготовленных дефектов, добавлять допуск печати величиной около половины диаметра пятна к наклонным сторонам трапецеидальной прорези, чтобы стороны трапецеидальной прорези и тело детали могли перекрываться и были сильно связаны друг с другом, что позволяет затем осуществлять обработку разделения слоев и резания и обработку планирования путей на 3D модели нижней зоны заранее изготовленных дефектов в виде трещин и верхней зоны формирования.Add a print tolerance to the resulting 3D model of the prefabricated defect area, add a print tolerance of about half the spot diameter to the inclined sides of the trapezoidal slot, so that the sides of the trapezoidal slot and the body of the part can overlap and are strongly connected to each other, which then allows for layer separation processing and cutting and path planning processing on a 3D model of the lower zone of prefabricated defects in the form of cracks and the upper formation zone.
Затем заполнять зону заранее изготовленных дефектов в виде трещин внутри заранее изготовленной детали способом аддитивного производства на основе осаждения лазерным плавлением на основании синхронной подачи порошка, причем используемый порошок представляет собой порошкообразный высокотемпературный сплав GH3536, подготовленный способом атомизации вращением электрода в плазме, со следующими весовыми процентами основных химических элементов: Ni:49%,C:0,085%,Cr:22,5%,Co:2,0%,Mo:8,5%,W:0,5%,Fe:17,0%,Mn≤0,01%,Si≤0,1%,P≤0,008%,S≤0,0015%,O≤0,015%,N≤0,005%, и остаток представляет собой другие следовые элементы с размером частицы: 45 мкм ~ 150 мкм, доля сферического порошка с гладкой поверхностью составляет 95% и почти без пустотелого порошка. Параметры процесса подготовки дефекта: мощность лазера 450 Вт, скорость сканирования 1200 мм/мин, скорость подачи порошка 4 г/мин, диаметр пятна 1 мм, шаг сканирования 0,5 мм и толщину слоя 0,08 мм. При заполнении до заранее определенной высоты, формирование зоны заранее изготовленных дефектов в виде трещин завершается, и затем верхняя зона формирования изделия будет формироваться с использованием нормальных параметров процесса формирования.Then fill the area of prefabricated defects in the form of cracks inside the prefabricated part by additive manufacturing method based on laser melting deposition based on synchronous powder feeding, and the powder used is a powdered high-temperature alloy GH3536 prepared by atomization method by rotating the electrode in plasma, with the following weight percentages of the main chemical elements: Ni:49%,C:0.085%,Cr:22.5%,Co:2.0%,Mo:8.5%,W:0.5%,Fe:17.0%,Mn≤ 0.01%,Si≤0.1%,P≤0.008%,S≤0.0015%,O≤0.015%,N≤0.005%, and the remainder is other trace elements with particle size: 45μm ~ 150μm , the proportion of spherical powder with smooth surface is 95% and almost no hollow powder. The defect preparation process parameters were: laser power 450 W, scanning speed 1200 mm/min, powder feed rate 4 g/min,
Затем осуществляется термообработка вакуумного снятия напряжений со скоростью термообработки 650°C/4ч, охлаждение в печи.Then heat treatment of vacuum stress relief is carried out at a heat treatment speed of 650°C/4h, cooling in a furnace.
Наконец, поверхность зоны заранее изготовленных дефектов, подготовленной посредством аддитивного производства, полируется для удовлетворения требованию к качеству поверхности изделия, Ra≤0,6 мкм.Finally, the surface of the prefabricated defect area prepared by additive manufacturing is polished to meet the product surface quality requirement, Ra≤0.6 μm.
После испытания, доля дефектов в виде трещин зоны заранее изготовленных дефектов восстановленной детали на кузнечном изделии GH3536, подготовленном способом осаждения лазерным плавлением, составляет около 1,50%, и ширина трещины <50 мкм.After testing, the crack defect rate of the prefabricated defect zone of the remanufactured part on the forging product GH3536 prepared by laser melting deposition method is about 1.50%, and the crack width is <50 μm.
Фиг.8 демонстрирует отполированную металлографическую морфологию дефектов в виде трещин на заранее изготовленной детали, подготовленной вышеупомянутым способом, причем заранее изготовленная деталь, подготовленная вышеупомянутым способом, снабжена множеством трещин 12a сгенерированных естественным путем, и структура множества трещин 12a имеет признак непрерывности. Поскольку отношение мощности лазера к скорости подачи порошка во втором варианте осуществления меньше, чем в первом варианте осуществления, на фиг.8 показано больше дефектов в виде трещин, чем на фиг.4.FIG. 8 shows a polished metallographic morphology of crack defects on a prefabricated part prepared by the above-mentioned method, wherein the prefabricated part prepared by the above-mentioned method is provided with a plurality of naturally generated cracks 12a, and the structure of the plurality of cracks 12a has a continuity feature. Since the ratio of laser power to powder feed rate in the second embodiment is smaller than that in the first embodiment, more crack defects are shown in FIG. 8 than in FIG. 4.
Имитация дефектов в виде трещин внутри восстановленной детали со встроенными дефектами в виде трещин достигается согласно вышеупомянутому варианту осуществления, что позволяет получить восстановленную деталь с естественно генерируемыми дефектами в виде трещин, чтобы дополнительно анализировать соотношение между встроенными дефектами в виде трещин и надежностью восстановленной детали, подготовленной посредством аддитивного производства, обеспечивая сильную теоретическую поддержку для применения формирования металлического аддитивного производства, которая имеет широкую перспективу исследования и применения.Simulating crack defects inside a remanufactured part with embedded crack defects is achieved according to the above embodiment, which makes it possible to obtain a remanufactured part with naturally generated crack defects to further analyze the relationship between the built-in crack defects and the reliability of the remanufactured part prepared by additive manufacturing, providing strong theoretical support for the application of metal additive manufacturing formation, which has a broad research and application perspective.
Хотя выше раскрыты предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения, они не призваны ограничивать настоящее изобретение. Специалист в данной области техники может предложить любые изменения и модификации, не выходящие за рамки сущности и объема настоящего изобретения. Таким образом, любые модификации, эквивалентные изменения и украшения вышеописанных вариантов осуществления, не выходящие за рамки технического решения настоящего изобретения на основании технической сущности настоящего изобретения, заключены в объеме защиты, заданном формулой изобретения.Although preferred embodiments of the present invention are disclosed above, they are not intended to limit the present invention. One skilled in the art may suggest any changes and modifications without departing from the spirit and scope of the present invention. Thus, any modifications, equivalent changes and embellishments to the above-described embodiments that do not go beyond the scope of the technical solution of the present invention based on the technical essence of the present invention are within the scope of protection specified by the claims.
Claims (55)
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202010319691.7 | 2020-04-22 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2808296C1 true RU2808296C1 (en) | 2023-11-28 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2468890C2 (en) * | 2008-04-24 | 2012-12-10 | БОДИКОУТ АйЭмТи, ИНК. | Composite billet with porosity fraction controlled in, at least, one layer, methods of its production and use |
| CN105598449A (en) * | 2016-01-08 | 2016-05-25 | 燕山大学 | Three-dimensional printing method of metal sample containing built-in inclusion |
| CN107368642A (en) * | 2017-07-13 | 2017-11-21 | 武汉大学 | The multiple dimensioned multiple physical field coupling simulation method of metal increasing material manufacturing |
| CN108195856A (en) * | 2017-12-07 | 2018-06-22 | 北京星航机电装备有限公司 | A kind of increasing material manufacturing material industry CT detection sensitivity test methods |
| CN110414873A (en) * | 2019-09-05 | 2019-11-05 | 安徽机电职业技术学院 | A kind of integrated evaluating method of metal 3D printing part internal flaw |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2468890C2 (en) * | 2008-04-24 | 2012-12-10 | БОДИКОУТ АйЭмТи, ИНК. | Composite billet with porosity fraction controlled in, at least, one layer, methods of its production and use |
| CN105598449A (en) * | 2016-01-08 | 2016-05-25 | 燕山大学 | Three-dimensional printing method of metal sample containing built-in inclusion |
| CN107368642A (en) * | 2017-07-13 | 2017-11-21 | 武汉大学 | The multiple dimensioned multiple physical field coupling simulation method of metal increasing material manufacturing |
| CN108195856A (en) * | 2017-12-07 | 2018-06-22 | 北京星航机电装备有限公司 | A kind of increasing material manufacturing material industry CT detection sensitivity test methods |
| CN110414873A (en) * | 2019-09-05 | 2019-11-05 | 安徽机电职业技术学院 | A kind of integrated evaluating method of metal 3D printing part internal flaw |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP7454063B2 (en) | Preform crack defect, manufacturing method for built-in crack defect, and preform body | |
| EP4140619A1 (en) | Prefabricated air hole defect, preparation method for built-in air hole defect, and prefabricated member | |
| EP2777867B2 (en) | Methods for the repair of gas turbine engine components using additive manufacturing techniques | |
| US9764517B2 (en) | Object production using an additive manufacturing process and quality assessment of the object | |
| Mumtaz et al. | High density selective laser melting of Waspaloy® | |
| US20140199175A1 (en) | Gas turbine engine components and methods for their manufacture using additive manufacturing techniques | |
| CN108436081A (en) | A kind of test button 3D printing manufacturing process of preset defect | |
| KR20010073164A (en) | Laser welding superalloy articles | |
| Zhu et al. | A mathematical model of laser cladding repair | |
| Pereira et al. | Study of laser metal deposition additive manufacturing, CNC milling, and NDT ultrasonic inspection of IN718 alloy preforms | |
| Makiewicz | Development of simultaneous transformation kinetics microstructure model with application to laser metal deposited Ti-6Al-4V and alloy 718 | |
| EP4140741A1 (en) | Method for prefabricating poor fusion defects by controlling lmd process | |
| Brodin et al. | Mechanical testing of a selective laser melted superalloy | |
| US20200003639A1 (en) | Method for in-situ markers for thermal mechanical structural health monitoring | |
| RU2808296C1 (en) | Method for preparing prefabricated defects in form of cracks in additive manufacturing of metal parts and prefabricated part manufactured by this method | |
| Sato et al. | Challenges of remanufacturing using powder bed fusion based additive manufacturing | |
| RU2806071C1 (en) | Method for preparing previously manufactured defects in form of gas pore, method for preparing previously manufactured part with such defects in additive manufacturing of metal parts and such previously manufactured part | |
| McNutt | An investigation of cracking in laser metal deposited nickel superalloy CM247LC | |
| Kittel et al. | Case study on AM of an IN718 aircraft component using the LMD process | |
| CN114669757A (en) | A method for crack suppression of superalloy electron beam powder coating by selective melting and additive manufacturing | |
| Criss et al. | Failure mechanisms in cobalt welded with a silver–copper filler | |
| Stepanova et al. | The results of the defect formation control in welded joints during friction stir welding by acoustic emission | |
| RU2805914C1 (en) | Method for preliminary formation of non-formation defect by controlling lmd process in additive production of metal parts | |
| Thiesen Junior | Selection of processing parameters for the laser directed energy deposition process applied to additive manufacturing: a methodological proposal | |
| Jones | Investigating Multi-Material Additive Manufacturing as a Method to Join Previously “Un-weldable” Material Combinations |